Novi fotodetektor visoke osjetljivosti

Novi fotodetektor visoke osjetljivosti

Nedavno je istraživački tim na Kineskoj akademiji znanosti (CAS) na temelju polikristalnih materijala bogatih galijem galijev oksid (PGR-GaOX) po prvi put predložio novu strategiju dizajna za visoku osjetljivost i visoku brzinu odziva visokog fotodetektora kroz spojeno piroelektrično sučelje i učinke fotovodljivosti, a relevantno istraživanje objavljeno je u Advanced Materials. Visokoenergetski fotoelektrični detektori (za duboke ultraljubičaste (DUV) do rendgenske trake) kritični su u raznim područjima, uključujući nacionalnu sigurnost, medicinu i industrijsku znanost.

Međutim, trenutni poluvodički materijali kao što su Si i α-Se imaju probleme velike struje curenja i niskog koeficijenta apsorpcije rendgenskih zraka, što je teško zadovoljiti potrebe detekcije visokih performansi. Nasuprot tome, poluvodički materijali galijevog oksida sa širokim pojasom (WBG) pokazuju veliki potencijal za visokoenergetsku fotoelektričnu detekciju. Međutim, zbog neizbježne zamke duboke razine na strani materijala i nedostatka učinkovitog dizajna strukture uređaja, izazovno je realizirati visokoenergetske detektore fotona visoke osjetljivosti i velike brzine odziva temeljene na poluvodičima sa širokim pojasom. Kako bi riješio te izazove, istraživački tim u Kini po prvi je put dizajnirao piroelektričnu fotovodljivu diodu (PPD) temeljenu na PGR-GaOX. Spajanjem piroelektričnog efekta sučelja s efektom fotovodljivosti, performanse detekcije značajno su poboljšane. PPD je pokazao visoku osjetljivost i na DUV i na X-zrake, sa stopama odgovora do 104A/W odnosno 105μC×Gyair-1/cm2, više od 100 puta većim od prethodnih detektora izrađenih od sličnih materijala. Osim toga, piroelektrični učinak sučelja uzrokovan polarnom simetrijom područja osiromašenja PGR-GaOX može povećati brzinu odziva detektora za 105 puta na 0,1 ms. U usporedbi s konvencionalnim fotodiodama, PPDS s vlastitim napajanjem proizvode veće dobitke zbog piroelektričnih polja tijekom prebacivanja svjetla.

Osim toga, PPD može raditi u prednaponskom načinu rada, gdje pojačanje uvelike ovisi o prednaponu, a ultravisoki dobitak može se postići povećanjem prednapona. PPD ima veliki potencijal primjene u sustavima za poboljšanje slike s niskom potrošnjom energije i visokom osjetljivošću. Ovaj rad ne samo da dokazuje da je GaOX obećavajući materijal za visokoenergetske fotodetektore, već također pruža novu strategiju za realizaciju visokoenergetskih fotodetektora visokih performansi.